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高温に强い材料で、新たなものづくりに挑戦
高温に耐えうる超合金の开発
复数の金属元素を组み合わせた合金で、高温に强いものを「超合金」と呼びます。特にニッケルをベースにアルミニウム、チタンなどの元素を添加して作った合金は、800℃ぐらいまでは高温になるほど强度が上がります。この特性を利用し作られているのが、飞行机のジェットエンジンです。エンジンは高温で燃焼させるほど热効率が向上するため、1000℃に耐えうる超合金、次いで1050℃、1100℃と、より高温域をターゲットに开発されてきました。高温化は、レアメタルの一种であるレニウムという元素の添加が寄与しました。
见つかった意外な落とし穴とは
しかしタービンブレード材料の高温化の结果、タービンブレード内部が热疲労を起こし、破损しやすくなる可能性があることがわかりました。热疲労低下の原因は、添加したレニウムでした。レニウムを添加すると确かに高温には强くなるのですが、飞行机の离陆时、タービンブレード内部がさらされやすい700～800℃の中温度域の热疲労强度が落ちることが判明したのです。现在では稀少で高価なレニウムに代わる添加元素が模索される一方、セラミックスをベースにした复合材料（颁惭颁：セラミックス?マトリックス?コンポジット）でエンジン耐热部品が作れないかという研究が行われています。
ガスタービンで自然再生エネルギーの补完を
近年、太阳光発电や风力発电などの自然エネルギーが注目を集めていますが、実は安定供给できないという弱点を抱えています。无风のときは风车が回りませんし、夜间や曇天のときは太阳光発电の出力が落ちます。自然再生エネルギーの补完としては、始动时间が短いガスタービンが向いています。瞬间的に出力を上げることは飞行机の离着陆に通じるところもあるので、飞行机のエンジンのノウハウを生かしたガスタービンの开発が进められているのです。
3Ｄプリンタは、ものづくりの革命児となるか？
3Ｄプリンタを使うメリットとは
オバマ大统领が「3Ｄプリンタを使った新しいものづくりをする」と宣言した2013年以来、世界中のさまざまな分野で3Ｄプリンタによるものづくりが活性化しています。デジタルデータから直接ものづくりができるのが3Ｄプリンタの长所で、多品种少量生产のものに向いています。レーシングカーの部品や歯科のインプラント治疗などでいち早く使われ始めています。特に生体材料はオーダーメイドに近いところがあるので、医疗分野ではさらに利用が进むでしょう。
不可能を可能にする
3Ｄプリンタで、飞行机のジェットエンジンを作る研究も行われています。现在エンジンに使われているタービンディスクは、刀や板金と同じように金属を加热し打ち伸ばす「锻造」によって作られています。锻造で作ると强度は上がりますが、组织を均一化させるのが难しく、中心部分の10％ほどしか使えません。3Ｄプリンタで作ればほぼ无駄がでないので材料の节约になります。また积层して作りますから、切削刃物が届かず作れなかった复雑な形状、例えば中が空冷空洞になったタービンブレード部品も作れます。従来の加工より軽量で高効率な部品が作れるのです。
理想は「割れない」金属
3Ｄプリンタで作った部品の特性の一部は、まだ既存の部品に及びません。既存の部品との违いは高温下における「靭性（粘り强さ）」です。そもそも金属は叩くと伸びる性质があり、だからこそ自动车のボディが凹んだときも、加热して直すことができます。あまり伸びがなく靱性が小さい材料はこうしたことができず、またひび割れや破损の原因になります。例えば、陶器は金属より硬いですが、落とせば割れてしまいます。逆にゴムは软らかいものの、落としても割れません。极端に言えば、ゴムのような伸びと陶器の硬さを兼ね备えた金属が理想的なのです。靭性を得るために、3Ｄプリンタでの加工プロセスを工夫しなければならないのか、3Ｄプリント后の処理で何とかできるかなどが「材料加工?组织制御工学」の研究テーマとなっています。
高校生?受験生の皆さんへのメッセージ
私は、高校生のとき、特にやりたいことや就きたい职业もありませんでした。しかし、大学で研究に携わってみて「研究はおもしろい」と思いました。今は、やりたいこと、就きたい仕事が见つからなくとも、どの分野に进んでも自分の道は见つかる可能性があるということです。一目ぼれしてしまうような人との出会いがあるように、思いがけない学问や仕事と出会える可能性は谁にでもあると思います。大切なのはその出会いに気づく「感受性」と、チャンスが来たときにそれを生かすことができる、基础的な力を身につけておくことだと思います。
梦ナビ编集部监修